Cortex-M0处理器允许两种形式的中断请求:电平触发和脉冲输入。
电平触发是外设的中断请求有持续的电平信号,若电平信号在处理器从ISR返回之前没有被取消,则中断返回后将再次触发已经服务过的中断。
脉冲中断是在信号的上升沿同步采样的中断信号,为了确保NVIC检测到中断,外设必须维持中断信号至少一个时钟周期,在此期间,NVIC检测脉冲和锁存中断。后续的脉冲可以将暂挂状态加到活动中断中,使状态为中断活动且挂起。然而,在有限周期内发生的多个脉冲只登记作为中断调度的单个事件。
哪些中断是电平触发的,哪些是脉冲触发的,具体选择哪一种是根据芯片设计来决定,不过大多数的外设使用电平触发中断输出。
1. 电平触发和脉冲输入
Cortex-M0处理器锁存所有中断,外围中断成为等待其中一个原因是:
- NVIC检测到中断信号被置位并且对应的中断不是active
- NVIC检测到中断信号的上升沿
- 软件写入相应的中断集挂起寄存器位
挂起的中断将一直挂起,直到下列情况之一发生:
- 处理器为中断进入ISR,这将改变中断的状态等待活跃:
- 对于电平触发型中断,当处理器从ISR返回时,NVIC采样中断信号。如果中断信号仍然有效,表示中断的状态更改为pending,这可能会导致处理器立即重新进入ISR。否则,中断的状态将变为非活动状态。
- 对于脉冲触发型中断,NVIC继续监视中断信号,如果这样触发时,中断状态变为挂起和活动状态。在这种情况下,当处理器从ISR返回中断状态时,中断状态变为挂起状态可能会导致处理器立即重新进入ISR。如果中断信号不是脉冲而处理器是在ISR,当处理器从ISR返回中断状态变为非活动状态。
- 软件写入相应的中断清除寄存器位。
对于电平触发型中断,如果中断信号仍然有效,则中断的状态中断不会改变。否则,中断的状态将变为非活动状态。
对于脉冲中断,中断状态变为:
- inactive,如果状态是pending
- active,如果状态是活动的和挂起的
2. 中断处理
当中断事件发生时,由于外设连接到了NVIC上,中断信号就会得到确认。在处理器执行中断服务并且没有清除外设的中断的信号以前,该信号会保持高电平。在NVIC内部,当检测到有中断发生时,该中断的挂起状态会被置位,当处理器接受该中断并且开始执行中断服务后,挂起状态就会被清除。
针对脉冲输入的中断请求,这种情况下,在中断得到服务之前,挂起状态寄存器将会一直保持该请求。
如果中断请求没有立即执行,并且在确认之前被软件清除了,处理器将会忽略掉本次请求,并且不会执行中断处理。
如果在软件清除挂起状态时,外设仍然保持着中断请求,挂起状态寄存器还会立即生成。
3. 中断等待
通常情况下,处理器的中断等待时间为16个周期,这个等待时间从中断确认的处理器时钟周期开始,一直到中断处理开始执行结束。
计算中断等待需具备以下前提:
- 该中断使能并没有PRIMASK或者其他正在执行的异常处理所屏蔽
- 存储器系统没有任何等待状态,在中断处理、压栈、取向量表或者中断处理开始时取指都会用到总线传输,如果存储器系统需要等待,那么总线传输时产生的等待状态则可能使得中断延迟。
下面几种情况可能会导致不同的中断等待:
- 中断的咬尾连锁,如果一个中断返回时立即产生另外一个中断请求,处理器就会跳过出栈和压栈时间,减少了中断等待时间。
- 延迟到达,如果中断发生时,另外一个低优先级中断正在进行压栈处理,由于延迟到达,高优先级的中断就会立即执行,这样会导致高优先级的中断等待时间减少。
4. 异常屏蔽寄存器PRIMASK
有些对时间敏感的应用,需要在短时间内禁止响应所有的中断,对于这种应用,处理器不是直接使用中断使能、禁止控制寄存器来禁止所有中断再恢复,而是一个单独的特殊寄存器 - PRIMASK,通过它可以屏蔽掉除了NMI和HardFault异常的其他的所有的中断和系统异常。
PRIMASK寄存器只有1位有效,并且在复位后默认为0。该寄存器为0时,所有的中断和异常都处于允许状态,设置为1后,只有NMI和HardFault处于使能状态。
MOVS R0, #0x1 ; //中断#2
MSR PRIMASK , R0 ; //将R0的值送到PRIMASK
NVIC编程提示软件使用CPSIE i和CPSID i指令来启用和禁用中断。
CPSIE i ; //清除 PRIMASK(使能中断)
CPSID i ; //设置 PRIMASK(不响应中断)
CMSIS设备驱动库提供了C语言的实现函数,用户可以直接使用函数来设置和清除PRIMASK寄存器:
void __disable_irq(void) //不响应中断
void __enable_irq(void) //启用中断
在对时间敏感的程序完成后,应该清除PRIMASK。要不然即使在中断处理中使用\_\_disable\_irq()函数,处理器将停止接受新的中断请求。主要原因是PRIMASK寄存器和Xpsr是相互独立的,因此异常返回不会影响中断屏蔽状态。
5. NVIC使用提示
确保软件使用正确对齐的寄存器访问,处理器不支持对 NVIC 寄存器的未对齐访问。
即使中断被禁用,它也可以进入挂起状态。
禁用中断只能防止处理器处理中断。
在对中断向量表重定义之前,必须包含所有的异常中断,例如 NMI、HardFault 和外设中断等。